氧化镍(NiO)是一类典型的p型半导体气敏材料,如何能够有效地提高NiO材料的气敏性能长期以来都是科研人员研究的热点。影响气敏材料的气敏性能的主要因素有结构和化学组成两方面。三维有序大孔(3DOM)结构具有较大的表面积、较高的孔隙率和长程有序的周期性结构、可以提供较多的活性位点。高价锡(Sn)元素掺杂到NiO晶胞中形成杂质缺陷从而引入自由电子;半导体复合会形成p-n异质结,改变材料的载流子浓度和迁移率,有利于形成更多的化学吸附氧。本文通过胶晶模板法制备了 3DOM NiO纳米材料、3DOM NiO掺Sn纳米材料和3DOM NiO-NiFe2O4复合纳米材料,并研究了所制备的样品的形貌和化学组成对气敏性能的影响。具体内容如下:1、制备了一系列掺杂比不同的3DOM NiO掺Sn纳米材料并对其气敏性能进行了研究。适量的Sn元素掺杂能够有效地提高NiO纳米材料对甲醛的气体响应,改善材料的稳定性和选择性。3DOM NiO/10%Sn在225℃下对100 ppm甲醛的气体响应值为145,与纯3DOM NiO相比,提高了约85倍。气敏机理研究表明,3DOM NiO/10%Sn具有大的比表面积和高的孔隙率,Sn掺杂通过电子补偿机制为NiO纳米材料提供了更多的自由电子,使纳米材料的空穴载流子浓度下降,导致材料表面的化学吸附氧含量增加,增强了对甲醛的气敏性能。高性能的NiO气敏材料为传感元件的实际应用提供了理论支持。2、制备了 3DOM NiO-NiFe2O4复合纳米材料并研究了其气敏性能。在260℃下材料对100 ppm丙酮的气体响应值为58.7。材料表征研究显示,半导体材料复合的作用是形成p-n异质结,增大了复合材料的载流子迁移率,形成更多的化学吸附氧,从而改善气敏性能。